To evaluate the effect of Sn on the corrosion behavior of Zr alloys for nuclear fuel claddings, the corrosion tests on the binary Zr-xSn and the ternary Zr-0.4Nb-xSn alloys were performed in water at $360^{\circ}C$. The binary alloys containing 0.5, 0.8 and 1.5wt.% Sn showed the transition corrosion rate at 15 days. On the other hand, the binary alloy containing 2.0wt.% Sn showed a good corrosion resistance without the transition of corrosion rate up to 80 days. The corrosion rate of the ternary alloy increased with increasing Sn content. The difference of corrosion behaviors between binary and ternary alloys is considered due to the different solubility of Sn, Nb content and precipitates. The corrosions of Zr-xSn and Zr-0.4Nb-xSn alloys would be controlled by the fraction of tetragonal-$ZrO_2$and the amount of hydrogen pick-up.
Commercially pure titanium(cp-Ti) and Ti-15wt%Zr-4wt%Nb-4wt%Ta alloy were melted in vacuum induction furnace. According to the chemical analysis, the content of carbon was above ASTM standard in the cast ingots because of using graphite crucible. The TEM micostructures of cp-Ti and Ti alloy shows that chemically stable TiC precipitates distribute in ${\alpha}-Ti$ matrix. In order to examine the properties of cp-Ti and Ti-Zr-Nb-Ta alloy for dental applications, mechanical properties and corrosion resistance were investigated. The anodic polarization properties of Ti-Zr-Nb-Zr alloy were almost same as that of cp-Ti in 1% lactic acid. However, as the results of the anodic polarization test in 5% HCl, it was known that Ti-Zr-Nb-Zr alloy showed a rapid decrease in current density at higher potential in comparison with cp-Ti. The yield stress and tensile strengh in Ti-Zr-Nb-Ta were ${\sigma}_{0.2}=623\;MPa$, ${\sigma}_{T.S.}=708\;MPa$ and these results showed 30% increase in yield stress in comparison with cp-Ti.
To investigate the corrosion behavior of Zr-1.0Nb-xSn (x=1.0, 1.5, 2.0 and 2.5wt. %)alloy system, the corrosion tests of Zr-1.0Nb-xSn alloys were carried out in steam at $400^{\circ}C$ for 125 days and in 70ppm LiOH solution at $360^{\circ}C$ for 180 days. The matrix microstructures of the test specimens were analyzed using TEM and the oxide structures on the test specimens were analyzed using XRD. It was found from the analyses that the more Sn content the alloy had, the faster it was corroded and with the increase of Sn content in the alloy the fraction of $t-ZrO_2$ to $m-ZrO_2$ was decreased. It was also found that the alloys having more Sn showed more dislocation density than those having less.
The Zr-0.2Sn-0.8Nb-X(X = 0~200ppm Si, 0~0.4wt.% Mo and Mn respectively) ingots for test specimens were manufactured by a vacuum arc re-melting method to find out the effect of Si, Mo, and Mn on the corrosion characteristics of the Zr-0.2Sn-0.8Nb alloy. After being heat-treated and rolled repeatedly out to be flat materials, they were finally heat-treated at 51$0^{\circ}C$ for three hours and used as the specimens for corrosion tests. The corrosion behavior of the specimens was studied in both 40$0^{\circ}C$ steam for 200 days and in aqueous 70 ppm LiOH solution at 36$0^{\circ}C$ for 90 days. From the study it was found that Si from 80 to 200 ppm contributed to increasing the corrosion resistance of Zr-0.2Sn-0.8Nb alloy in both steam and LiOH solution. This study also showed that Mn from 0.1 to 0.4% caused to go up the corrosion resistance, whereas Mo played a apart in improving the corrosion resistance only between 0.05 and 0.2 wt.%.
Kim, Tae-Kyu;Choi, Pyung-Sik;Yang, Sung-Ki;Lee, Chong-Tak;Sohn, Dong-Seong
Nuclear Engineering and Technology
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v.40
no.6
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pp.505-510
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2008
The correlation between the tensile strength and corrosion behavior of Zr-1.0wt%Nb alloy heat treated at $480^{\circ}C$ for up to 32 hours was evaluated. The tensile strength at $400^{\circ}C$ was continuously reduced with an increasing heat treatment time, mainly due to a grain growth and a decreased area fraction of the precipitates. However, the corrosion resistance in an aqueous ammonia solution at $360^{\circ}C$ was enhanced, mainly due to the formation of $\beta$-Nb precipitates. It is thus concluded that a longer heat treatment time provides a better corrosion resistance while degrading the tensile strength.
Saji, Viswanathan S.;Jeong, Yong Hoon;Choe, Han Cheol
Corrosion Science and Technology
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v.8
no.4
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pp.139-142
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2009
Recently, quaternary titanium alloys of the system Ti-Nb-Ta-Zr received considerable research interest as potential implant materials because of their excellent mechanical properties and biocompatibility. However, only few reported works were available on the corrosion behavior of such alloys. Hence, in the present work, electrochemical corrosion of Ti-35Nb-5Ta-7Zr alloy, which has been fabricated by arc melting and heat treatment, was studied in 0.9 wt% NaCl at $37\pm1^{\circ}C$, along with biomedical grade Ti-6Al-4V and CP-Ti. The phase and microstructure of the alloys were investigated employing XRD and SEM. The results of electrochemical studies indicated that the corrosion resistance of the quaternary alloy was inferior to that of Ti-6Al-4V and CP Ti.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the electrochemical characteristics of nanotubular Ti-25Nb-xZr ternary alloys for dental implant materials. Materials and Methods: Ti-25Nb-xZr alloys with different Zr contents (0, 3, 7, and 15 wt.%) were manufactured using commercially pure titanium (CP-Ti), niobium (Nb), and zirconium (Zr) (99.95 wt.% purity). The alloys were prepared by arc melting in argon (Ar) atmosphere. The Ti-25Nb-xZr alloys were homogenized in Ar atmosphere at $1,000^{\circ}C$ for 12 hours followed by quenching into ice water. The microstructure of the Ti-25Nb-xZr alloys was examined by a field emission scanning electron microscope. The phases in the alloys were identified by an X-ray diffractometer. The chemical composition of the nanotube-formed surfaces was determined by energy-dispersive X-ray spectroscopy. Self-organized $TiO_2$ was prepared by electrochemical oxidation of the samples in a $1.0M\;H_3PO_4+0.8wt.%$ NaF electrolyte. The anodization potential was 30 V and time was 1 hour by DC supplier. Surface wettability was evaluated for both the metallographically polished and nanotube-formed surfaces using a contact-angle goniometer. The corrosion properties of the specimens were investigated using a 0.9 wt.% aqueous solution of NaCl at $36^{\circ}C{\pm}5^{\circ}C$ using a potentiodynamic polarization test. Result: Needle-like structure of Ti-25Nb-xZr alloys was transform to equiaxed structure as Zr content increased. Nanotube formed on Ti-25Nb-xZr alloys show two sizes of nanotube structure. The diameters of the large tubes decreased and small tubes increased as Zr content increased. The lower contact angles for nanotube formed Ti-25NbxZr alloys surfaces showed compare to non-nanotube formed surface. The corrosion resistance of alloy increased as Zr content increased, and nanotube formed surface showed longer the passive regions compared to non-treatment surface. Conclusion: It is confirmed that corrosion resistance of alloy increased as Zr content increased, and nanotube formed surface has longer passive region compared to without treatment surface.
Zr-xNb alloys (x = 0.2, 0.8, 1.5 wt.%) were prepared to study the characteristics of the phase transformation in Zr-Nb system. The samples were heat treated at ${\beta}$-temperature ($1020^{\circ}C$) for 20 min and then cooled with different cooling rate. The microstructures of the specimens having the same compositions were changed with cooling rate and Nb content. The Widmanst$\ddot{a}$tten structure was observed on the furnace-cooled sample. The relationship between ${\alpha}$-Widmanst$\ddot{a}$tten and ${\beta}$-phase was the {0001}${\alpha}$//{110}${\beta}$, <11$\bar{2}$0>//<111>. The ${\beta}$-phase in Widmanst$\ddot{a}$tten structure of Zr-Nb alloys containing Nb more than solubility limit was identified as ${\beta}_{Zr}$ phase which was a stable phase at high temperature. In the water quenched samples, two kinds of martensite structures were observed depending on the Nb-concentration. The lath martensite was formed in Zr-0.2, 0.8 wt.% Nb alloys and the plate martensite having twins was formed in Zr-1.5 wt.% Nb alloy.
To develop advanced cladding materials, the effect of Nb addition on the microstructure and corrosion characteristics of Zr-0.8Sn-xNb alloys was investigated. As the Nb content increased, the grain size decreased and the volume fraction of precipitates increased. It was observed from the corrosion test at $360^{\circ}C$ that the corrosion resistance increased with decreasing Nb content. The best corrosion resistance was obtained in Zr-0.8Sn-0.2Nb alloy with high volume fraction of tetra-$ZrO_2$in the oxide. Therefore, it is suggested that Nb in theZr-0.85Sn-xNb system should be added within the solubility limit of Nb from the viewpoint of alloy design.
Ti-13Nb-13Zr (TNZ) alloy has attracted considerable research attention in the last decade as a suitable substitute for the commercially used Ti-6Al-4V (TAV) alloy for orthopedic and dental implant applications. Hence, in the present work, a comparative evaluation has been performed on the electrochemical corrosion behavior of TNZ and TAV alloys in 0.9 wt.% NaCl solution. The result of the study showed that both the alloys had similar electrochemical behavior. The corrosion resistance of TAV alloy is found to be marginally superior to that of TNZ alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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